哈工大热处理原理及工艺大作业-特大轴承零件热处理

1、L/O/G/O特大型轴承零件小组成员：莫然、张鑫、杨皓月、 张钰梅、张雨薇 1 1、零件介绍与分类、零件介绍与分类2 2、零件用途与服役条件、零件用途与服役条件 3 3、失效方式与性能要求、失效方式与性能要求 4 4、零件用材料、零件用材料 5 5、加工工序、加工工序 6 6、热处理工艺、热处理工艺 7 7、质量检查事项和方法、质量检查事项和方法 8 8、热处理缺陷及解决方法、热处理缺陷及解决方法零件加工主要内容 1.零件介绍与分类轴承是一种重要的基础零件，主要用于支撑轴径。滚动轴承主要由内圈、外圈、滚动体（轴承钢或渗碳钢）和保持架（低碳钢）四部分组成。 1.零件介绍与分类滚动轴承滚动轴承轴承

2、轴承向心轴承向心轴承推力轴承推力轴承径向接触轴承径向接触轴承角接触向心轴承角接触向心轴承径向接触球轴承径向接触球轴承深沟球轴承深沟球轴承径向接触滚子轴承径向接触滚子轴承圆柱滚子轴承圆柱滚子轴承滚针轴承滚针轴承角接触向心球轴承角接触向心球轴承调心球轴承调心球轴承角接触球轴承角接触球轴承角接触向心滚子轴角接触向心滚子轴承承圆锥滚子轴承圆锥滚子轴承调心滚子轴承调心滚子轴承轴向接触轴承轴向接触轴承角接触推力轴承角接触推力轴承轴向接触球轴承轴向接触球轴承轴向接触滚子轴承轴向接触滚子轴承推力圆柱滚子轴推力圆柱滚子轴承承推力滚针轴承推力滚针轴承角接触推力球轴承角接触推力球轴承推力角接触球推力角接触球轴承轴承

3、角接触推力滚子轴承角接触推力滚子轴承推力圆锥滚子轴承推力圆锥滚子轴承推力调心滚子轴承推力调心滚子轴承组合轴承组合轴承轴承单元轴承单元综合分类：综合分类： 1.零件介绍与分类2.零件用途与服役条件特大型轴承零件是公称外径尺寸（D）大于440mm的轴承，是用于重型起重、挖掘、堆取、隧道掘进机械、雷达、火炮、风力发电站、泄洪闸、船舶等设备上的重要回转支承零件。2.零件用途与服役条件在日常生活中，摩天轮等许多娱乐设施的旋转也是靠两个特大型轴承来实现的。雷达风力发电站2、零件用途与服役条件 普通常用轴承 VS 特大型轴承 22、零件用途与服役条件简而言之：高速、重载，工作条件差！简而言之：高速、重载，工

4、作条件差！服役条件服役条件常规常规 如一般滚动轴承在内外套圈与滚动体的接触面上承受极大的压应力和交变载荷独特独特 承受着很大的径向压力及强烈的冲击。3.失效方式与性能要求滚动体和滚道的相对运动相对运动和污物尘埃污物尘埃的侵入, 使滚动体和滚道表面表面产生磨损, 造成轴承游隙增大, 温度升高, 降低了轴承的运动精度运动精度。磨 损3.失效方式与性能要求表面硬度高表面硬度高耐磨性好耐磨性好心部韧性好，心部韧性好，强度、硬度强度、硬度足够足够良好的抗良好的抗震性能震性能较高的接较高的接触疲劳强触疲劳强度度1. 防止疲劳剥落2. 防止永久变形3. 防止磨损其他性能要求高的淬硬性和淬透性4.零件用材料一

5、般来说，铬轴承钢是制造滚动轴承零件所使用的主要钢种，铬元素的加入明显提高了钢的淬透性及低温回火的稳定性，同时细化了晶粒，可以使轴承零件有高的硬度和耐磨性。但对于大型机械或承受强烈冲击载荷的轴承，其服役条件决定其要采用性能更为优异的渗碳轴承钢或中碳合金钢进行制造。4.零件用材料用于制造直径2m的轴承，承受高冲击载荷轧钢机轴承及要求安全性、可靠性高的中、小型轴承的套圈、滚子（轴承工作温度100）用于制造大型回转轴承、矿山机械。工程机械及其他需要两部分作相对回转的机械轴承的套圈（轴承工作温度100）用于制造套圈直径2m的轴承，冲击载荷下、高耐磨性的大型轴承（如雷达回转轴承）的套圈和滚子（轴承工作温度

6、100）20Cr2Ni4A 20Cr2Mn2MoAGCr15SiMoGCr15SiMn5CrMnMo 42CrMo 42SiMn 45Mn 50Mn制造特大型轴承零件的材料主要有：GCr15SiMn、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo、5CrMnMo、45钢、42CrMo、50Mn等。4.零件用材料制造转速不高，但载荷较大的特大型轴承（主要是内外套圈），例如掘进机、起重机、大型机床上的轴承，这类承受巨大冲击的特大型轴承的轴承圈与滚子接触运转时呈线接触或点接触，承受较大的周期性的交变载荷，由于接触面积小，在周期载荷的作用下，极易发生剥落而产生疲劳破坏，由于摩擦造成磨损也影响轴承的使用寿命，

7、所以要求轴承零件表面耐磨且心部具有足够的强度和韧性。G20Cr2Ni4AG20Cr2Mn2MoA制造特大型轴承零件的材料主要有：GCr15SiMn、20Cr2Ni4A、20Cr2Mn2Mo、5CrMnMo、45钢、42CrMo、50Mn等。1.1.锻轧锻轧2.2.车削加工车削加工3.3.渗碳直接渗碳直接淬火淬火4.4.高温回火高温回火热处理工艺5.加工工序5.5.二次淬火二次淬火6.6.低温回火低温回火7.7.粗磨粗磨8.8.附加回火附加回火9.9.精磨精磨6.热处理工艺热处理工艺要求a.渗碳层厚度与渗碳圆度误差允许值6.热处理工艺b.硬度要求表面硬度为60-64HRC心部硬度为35-45HR

8、Cc.其他粗大碳化物深度0.5mm，网状碳化物3级，渗层脱碳深度不大于零件实际最小磨量热处理工艺要求6.热处理工艺热处理工艺规范 特大型轴承渗碳、淬火、回火工艺曲线（180kw井式渗碳炉）目的目的：得到表层高碳、心部低碳：得到表层高碳、心部低碳 的工件，为接下来的热处理提供的工件，为接下来的热处理提供条件。条件。 组织组织：渗碳温度下是单相奥氏体：渗碳温度下是单相奥氏体目的目的：使工件与淬火介质的温：使工件与淬火介质的温度差减少，减少应力与变形。度差减少，减少应力与变形。但是残余奥氏体量较多，内应但是残余奥氏体量较多，内应力仍较多。力仍较多。组织：组织：马氏体马氏体+ +大量残余奥氏体大量残余

9、奥氏体目的：目的：1 1）使残余奥氏体发生分解，碳）使残余奥氏体发生分解，碳化物充分析出和聚集球化，使化物充分析出和聚集球化，使钢的硬度降低，便于切削加工；钢的硬度降低，便于切削加工；2 2）消除淬火应力以及晶粒度不）消除淬火应力以及晶粒度不均匀的现象；均匀的现象；3 3）同时可以减弱因渗碳不均匀）同时可以减弱因渗碳不均匀而造成的碳浓度梯度过陡的缺而造成的碳浓度梯度过陡的缺陷；陷；4 4）为二次淬火做好准备。）为二次淬火做好准备。组织：组织：回火索氏体回火索氏体（注：二次淬火的温度适当低于常规淬火温度，是由于高温回火已经使渗碳层成分均匀化，碳化物也得以球化聚集，淬火温度便可以适当降低。同时，加

10、热温度低，碳化物不能全部溶于奥氏体中，残余奥氏体含量减少，不会影响硬度和疲劳强度。）目的：目的：细化渗碳层中的马氏体晶细化渗碳层中的马氏体晶粒，获得隐晶马氏体，使残余奥粒，获得隐晶马氏体，使残余奥氏体量减少，提高了渗层强度和氏体量减少，提高了渗层强度和韧性。韧性。组织：组织：隐晶马氏体隐晶马氏体+ +残余奥氏体及均匀分残余奥氏体及均匀分布的细粒状碳化物（渗层）布的细粒状碳化物（渗层）目的：目的：可以消除淬火应力，可以消除淬火应力，使表面具有高的硬度和耐磨使表面具有高的硬度和耐磨性，同时使心部具有高的强性，同时使心部具有高的强度、良好的塑性和韧性。保度、良好的塑性和韧性。保证工件在一定硬度条件下

11、有证工件在一定硬度条件下有较好的综合机械性能和尺寸较好的综合机械性能和尺寸稳定性。稳定性。组织：组织：渗碳层：回火马氏体、粒状渗碳层：回火马氏体、粒状碳化物及一定量残余奥氏体；碳化物及一定量残余奥氏体；心部：低碳回火马氏体心部：低碳回火马氏体目的：目的：消除因磨削加工等产生消除因磨削加工等产生的机械应力或磨削应力，减少的机械应力或磨削应力，减少其对轴承精度和尺寸的影响，其对轴承精度和尺寸的影响，考虑到无组织的转变，故保温考虑到无组织的转变，故保温时间小于回火时间时间小于回火时间组织组织：（没有改变）（没有改变）渗碳层：回火马氏体、粒状碳渗碳层：回火马氏体、粒状碳化物及一定量残余奥氏体；化物及一

12、定量残余奥氏体；心部：低碳回火马氏体心部：低碳回火马氏体7.质量检查事项和方法1 1、硬度、硬度检定方法: 采用洛氏、纬氏或显微硬度计检查硬度6165HRC2 2、显微组织、显微组织检定方法: 用4%的硝酸酒精溶液腐蚀后放大500倍观察隐针或细小结晶状马氏体，均匀隐针或细小结晶状马氏体，均匀分布细小的残余碳化物和少量的分布细小的残余碳化物和少量的残余奥氏体残余奥氏体7.质量检查事项和方法3 3、断口、断口4 4、断裂与其他缺陷、断裂与其他缺陷检定方法: 检查软点和脱碳用冷酸洗检查，深度用金相法检查，裂纹采用超声波或磁粉探伤检查不允许有裂纹、脱碳、软点的缺陷出现不允许有裂纹、脱碳、软点的缺陷出现

13、检定方法:压断后用肉眼或放大镜观察淬火后的断口为亮灰色瓷状断淬火后的断口为亮灰色瓷状断口，具有细小晶粒、闪烁光泽、口，具有细小晶粒、闪烁光泽、不允许欠热或过热不允许欠热或过热7.质量检查事项和方法5 5、畸变（椭圆、挠曲、胀缩）、畸变（椭圆、挠曲、胀缩）按工艺或图纸要求执行按工艺或图纸要求执行检定方法：采用外径检查仪、椭圆仪测胀缩、用G803仪器检查挠度8.热处理缺陷及解决方法1)热应力2)组织应力3)大型工件中常存在各种内部缺陷4)氢含量过高并向应力集中处扩散，产生氢脆开裂1)适当降低淬火温度2)淬火时注意工件均匀冷却3)及时回火4)控制加热升温速度5)减少材料中的缺陷，事先正火内裂纹产生原因解决办法8.热处理缺陷及解决方法产生原因1)淬火加热温度高2)装炉量多，加热不均匀3)冷却速度太快和不均匀4)加热和冷却中发生机械 碰撞5)退火组织不均匀，切削应力分布不均畸变1)提高退火组织的均匀性2)增加去应力退火工序3)降低淬火加热温度4)提高加热和冷却的均匀性5)在热油中冷却6)消除加热和冷却中的机械碰撞7)整形解决办法8.热处理缺陷及解决方法1)锻件本身脱碳严重2)在氧化气氛中加热3)原材料锻造或正火脱碳严重4)炉子密封性差5)退火温度高，保温时间长6)进行了正火或重复退火畸变1)加强对原材料和锻件的脱碳控制2)正确执行工艺，防止跑温3)提高炉子密